8988

В. В. Палашов

Элементы теории образования электрического тока в грунтовых и водных средах (проводниках второго рода)

Нижний Новгород

2016

ББК 39.7 П 14

УДК 530.1 (075.8) : 537.1 (075.8) : 620.197.5

Рецензенты:

Б. Ю. Алтунин – д.т.н., профессор, зав. кафедрой ТОЭ Нижегородского государственного технического университета им. Р. Е. Алексеева.

А. С. Серебряков – д.т.н., профессор Московского государственного университета путей сообщения.

Палашов В. В. Элементы теории образования электрического тока в грунтовых и водных средах (проводниках второго рода) [Электронный ресурс]: монография / В. В. Палашов; Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 204 c. 1 электрон.

опт. диск (CD-R) ISBN 978-5-528-00156-2

Работа посвящена теоретическим основам образования электрического тока в грунтовых и водных средах – проводниках второго рода. Изложена методика расчета основных параметров системы, рассматривается модель исследования системы катодной защиты. Приводятся примеры использования теоретических основ.

Предназначена для специалистов и научных работников, работающих в областях, связанных с использованием электрического тока в проводниках второго рода. Может также служить пособием для аспирантов, магистрантов и студентов старших курсов.

ОТ АВТОРА

В Природе невозможно движение со скоростью больше скорости распро-

странения «взаимодействия» S/t (где S – расстояние между телами; t – время взаимодействия). В классической механике, также как в механике релятивист-

ской (Эйнштейна), пространство абсолютно. Напротив, понятие абсолютного времени находится в глубоком противоречие с принципом относительности Эйнштейна. Классическая механика, основанная на понятии абсолютного вре-

мени, входит в противоречие с принципом относительности и опытом Май-

кельсона, который установил полную независимость скорости света от направ-

ления его распространения. Таким образом, время течет по-разному в различ-

ных системах отсчета, время не является абсолютным.

Поскольку энергия – единая мера различных форм движения: в форме ра-

боты или теплоты, в форме работы и теплоты, важно отметить, что Эйнштейн внес фундаментальные изменения в основные физические понятия, которыми нельзя пренебрегать при выборе или разработке математического аппарата для описания любых процессов, происходящих в электродных системах. Используя понятия Эйнштейна и законы распространения энергии Умова– Пойнтинга,

можно получить наиболее простой математический аппарат расчета электриче-

ских параметров в этих системах, резко отличающихся действиями в них ре-

ально существующих сторонних сил:

∫ ЕsсторdS, тогда IR = ∫ Es dS + ∫ EsсторdS, где ∫ Es dS = 0, по условию статиче-

ского поля.

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Книга состоит из двух разделов. В первом разделе рассматриваются эле-

менты теории электрической цепи, структурирование её элементов и локализа-

ция электромагнитной энергии. Здесь также отмечается, что законы в микроми-

ре носят квантовый характер и практические методы электротехники и способы её наблюдения чрезвычайно грубы, чтобы с их помощью можно было выявить механизм проводимостей положительно и отрицательно заряженных ионов в сложных электролитах под воздействием постоянной или выпрямленной ЭДС.

При этом «события» в рассматриваемой системе происходят, по крайней мере,

в двух 4-мерных координатах. В этом случае обоснование происходящих в них процессов с помощью классической (ньютоновской) механики затруднено, по-

скольку два «события» могут быть причинно связаны друг с другом только в том случае, если «интервал» между ними «времениподобный», что непосредст-

венно следует из того, что никакое воздействие не может распространяться со скоростью больше скорости света. Только для таких событий имеют абсолют-

ный смысл понятия «раньше» и «позже», «причина» и «следствие», «первично» и «вторично». Поэтому автор счёл необходимым в краткой форме напомнить некоторые представления релятивистской (эйнштейновской) механики, в кото-

рой энергия, масса и скорость света взаимодействующих частиц связаны между собой, и на этой базе во втором разделе рассматриваются процессы и основные соотношения взаимодействия электромагнитной энергии с грунтовыми элек-

тролитами в электродной системе катодной защиты. Рассматривается механизм проводимостей анионов и катионов. Чтобы не отвлекать читателя от процессов,

происходящих под воздействием постоянной или выпрямленной ЭДС и меха-

низма проводимостей положительно и отрицательно заряженных частиц в сис-

теме, автор намеренно выносит часть материала в приложения 1–4.

4

При написании работы автор ставил перед собой две задачи: во-первых, по возможности просто и ясно изложить основы учения об электрическом токе в грунтовых и водных средах, во-вторых, разрушить многие ложные догмы, ко-

торых на сегодня накопилось в этой области большое количество. И эти лож-

ные догмы вместе с истинными знаниями впитываются молодыми учеными.

Поскольку рассмотрение вопроса основывается на познании трех наук

(электродинамики, термодинамики, химии), перед автором возникла не менее важная задача: представить материал в одном ключе. Осознавая, что в каждой из этих наук имеются значительные достижения, автор попытался изложить материал как единое целое в плане процессов, происходящих в электродной системе под воздействием постоянной или выпрямленной ЭДС (Е) на среду

(εµ). При этом в основу изложения были положены базовые знания, которые не опровергнуты и апробированы опытом.

ОСНОВОПОЛАГАЮЩИЕ ПОНЯТИЯ

В настоящей книге использованы понятия ведущих ученых по электроди-

намике: И.Е. Тамма, К.М. Поливанова, В.А. Ацюковского, А. Эйнштейна; по термохимическим и химическим реакциям: Г.И. Гесса, Д.У. Гиббса, Б.Б. Дама-

скина, О.А. Петрия; по теории и практике обработки результатов измерений:

Л.А. Яноши, В.Г. Герасимова.

Итак, основные базовые понятия:

1. Преобразование электромагнитной энергии в магнитную и электри-

ческую – процессы обратимые и осуществляются без потерь. Преобразо-

вание электромагнитной энергии в тепловую – процесс необратимый. Это потери в окружающую среду в «неизолирующей» термосистеме (см. При-

ложение 1).

5

2. Закон Ома для постоянных токов в металлическом проводнике (в

нем не происходит химической реакции) I = (φ1 – φ2)/R, который является обобщением данных опыта, нельзя смешивать с законом Ома для цепей постоянных токов с электролитами (см. Приложение 2). В первом случае

Q = I (φ1 – φ2) = I 2R, где (φ1 – φ2) есть падение напряжения, во втором случае

(φ1 – φ2) есть напряженность поля при наличии сторонних ЭДС. Падение напряжения с напряженностью поля смешивать нельзя, поскольку напря-

женность поля, например, в двойном электрическом слое определяется, по крайней мере, суммой двух составляющих в зависимости от диэлектриче-

ской (ε) и магнитной (µ) проницаемостей (проводимости среды), величи-

ной приложенного напряжения (скорости обмена ионами). Поэтому ток в двойном слое может оказаться как больше, так и меньше измеряемого в цепи тока и в частном случае даже может стать равным нулю (см. Прило-

жение 3).

3.Взаимодействие между электромагнитной энергией и средой εµ обуславливается исключительно заряженными частицами, независимо распределенными в теле или связанными в диполи.

4.В грунтовых и водных средах помимо положительно или отрица-

тельно заряженных частиц никакого другого тока не образуется. Реально существуют только два движения частиц (анионов и катионов).

5. Взаимодействие электромагнитного потока с веществом под воз-

действием напряженности поля отождествляется с законом распростране-

ния света, т. е. с законами Д. Максвелла: sinα/ sinϕ = εµ .

6. Электрический ток может вызываться движением как положитель-

но, так и отрицательно заряженных частиц. В электролитической «ванне» катодной защиты ионы движутся одновременно в противоположных на-

правлениях. Отрицательные ионы движутся в направлении, противопо-

6

ложном направлению электрического тока. В этом процессе используется

химическая энергия для насильственного перемещения заряженных частиц

кзажимам источника.

7.Постоянный ток нельзя измерить, наблюдая изменение заряда, од-

нако можно сосчитать количество элементарных зарядов в металлическом проводнике (поскольку 1(А) = 6,25·1018 элем. зарядов/с). Если же ток про-

ходит через электролит, то так же можно обнаружить и сосчитать элемен-

тарные заряды, проходящие в секунду. В этом случае необходимо подсчи-

тать как число отрицательно заряженных ионов, так и число положительно заряженных, движущихся в противоположных направлениях, для получе-

ния полного электрического тока, являющегося мерой переноса заряда

I= q / t .

8.Энергия передается заряженным частицам и может быть отнята от них в виде тепловой энергии. Не может быть электрического тока без не-

которого превращения энергии. Энергия, сообщаемая одному элементар-

ному заряду, называется электродвижущей силой (ЭДС) источника. Если элементарные частицы не движутся, то источник энергию не расходует.

9. В практике используется единица измерения ЭДС – В (или

1,6·10–19 Дж на элем. заряд), а единицей силы тока является ампер (или

6,25·1018 элем. зарядов/с). Это замечание существенное, поскольку энергия частиц, как выше было отмечено, может быть отнята в виде тепловой энер-

гии, измерение которой затруднено (см. Приложение 4). Произведение си-

лы тока на ЭДС (IE, Вт) является источником энергии, если ток измерять числом элементарных зарядов, переносимых за секунду, а ЭДС джоулями на элементарный заряд. В этом случае можно рассчитать величину тока по

7

Здесь надо не смешивать ЭДС с силой в обычном ее понимании, как и падение напряжения с напряженностью поля. В первом случае если есть ток через участок цепи, то на этом участке падает напряжение, во втором случае если есть поле, то в проводнике появляется ток.

10. Поток энергии в электрической цепи представляет собой сложное электромагнитное явление. Электрическое поле служит посредником, пе-

редающим кинетическую энергию заряженным частицам во внешней цепи,

а внутри источника заряженные частицы движутся против электрической силы, создаваемой зарядами на зажимах.

Анализ моделей электромагнитных явлений

Все ныне существующие модели электромагнитных явлений имеют суще-

ственные недостатки. Однако сначала отметим следующее: практически все гидродинамические модели электромагнитных явлений можно разделить на две группы. В первой группе магнитное поле рассматривается как проявление по-

ступательного движения, а электрическое поле – как проявление вращательного

(вихревого) движения эфира. Г. Гельмгольц, Челлис, В. Томсон, Дж. Томсон,

Н.П. Костерин – сторонники этой группы. Во второй группе моделей магнитное поле рассматривается как проявление вихревого движения эфира, а электриче-

ское поле – как проявление поступательного движения – Дж. К. Максвелл и В.Ф. Миткевич.

В моделях первой группы представление о магнитном поле как о поступа-

тельном движении эфира приводит к выводу о возникновении магнитного поля при любом движении через эфир, чего на самом деле нет. В моделях второй группы представления об электрическом поле как о поступательном движении эфира приводят к выводу о возникновении электрического поля при любом движении через эфир. Это явление также не обнаружено.

8

Итак, согласно известным гидродинамическим моделям, при поступатель-

ном движении тел в пространстве должны появляться дополнительные электро-

или магнитодвижущие силы, чего не наблюдается.

Вторым недостатком существующих моделей является идеализация ис-

пользованных движений и распространение электромагнитных явлений на все пространство, окружающее область электромагнитных взаимодействий и явле-

ний. Эта идеализация являлась следствием представлений Г. Гельмгольца о движениях «идеальной» среды, согласно которой вихри не могли появляться и уничтожаться, а могли лишь перемещаться и меняться в сечении при сохране-

нии циркуляции. Вопрос о возникновении и уничтожении вихрей вообще не возникал, хотя вихри могут как появляться, так и уничтожаться. Заметим также,

что движение жидкости становится турбулентным тогда, когда значение числа Рейнольдса равно примерно 1000. Парадоксально положение, по которому энергия единицы длины проводника с током равна ∞.

И, наконец, третьим недостатком является то, что практически не рассмат-

ривается взаимодействие вещества и электромагнитных полей, тем самым они отрываются друг от друга.

Некоторые вопросы и ответы

Ничего другого в природе нет, только мельчайшие частицы веществ и вращающийся в мировом пространстве эфир. Уравнения Максвелла характери-

зуют упругость эфирной среды. Принятие выдающимися учеными вихревого мироустройства не было достаточным, чтобы его приняли чиновники от науки.

Математика чаще всего отрицает не Законы мироустройства, а вариации их применения. Тут здравый смысл уступил место учёности. Драма науки – это драма образования. Наука во многих областях приобрела государственный ин-

терес и потеряла свой смысл. И тут возникает множество вопросов. Никто не

9